Сотовые сети 1 страница

Региональные сети персонального радиовызова.Несмотря на значительную стоимость оборудования, городская пейджинговая сеть, рассмотренная выше, имеет очень простую конфигурацию. Это объясняется наличием всего одного передающего устройства. для создания такой городской сети, кроме основного оборудования, достаточно иметь лишь небольшое помещение для размещения операторов сети соответствующее оборудование, несколько линий городской телефонной сети и один канал связи для управления передатчиком. Ее организация и эксплуатация по силам небольшой фирме, имеющей достаточно скромные финансовые ресурсы. Но рано или поздно пейджинговая компания неизбежно столкнется с необходимостью увеличения числа абонентов и расширения рабочей зоны. А это может повлечь за собой большие дополнительные затраты.

Городские пейджинговые сети. Городские, региональные и федеральные сети персонального радиовызова создаются в соответствии с проектом, организациями, имеющими лицензию направо выполнения таких работ.

Ведомственные пейджинговые сети. Ведомственные, или локальные пейджинговые сети построены по радиальному принципу и используются в рамках кого-либо предприятия для обеспечения оперативной связи руководства с сотрудниками. Основными особенностями ведомственных сетей является ограниченное число абонентов и сравнительно небольшой радиус действия (до 5 км).

Способы формирования рабочей зоны. Принципиальным фактором, определяющим значимость СПРВ потребителя, является размер рабочей зоны, который зависит от способа организации пейджинговой сети. Существуют два способа организации как односторонней, таки двухсторонней пейджинговой сети: радиальный и сотовый.

Радиальный способ применяют, как правило, в ведомственных (локальных) или небольших городских сетях, в которых передача сообщений осуществляется одним передатчиком. В этом случае из-за особенностей распространения радиоволн, используемых для пейджинговой связи, дальность действия определятся, в основном, высотой установки передающей антенны.

Размеры рабочей зоны пейджинговых сетей могут быть значительно увеличены лучом применения сотовой организации связи — увеличением числа и рационализацией размещения базовых станций. Этот способ связи применяется, как правило, в больших городах, а также при организации региональных и федеральных сетей.

Рассмотрим основные особенности построения и применения пейджинговых сетей связи, организованных по радиальному и сотовому принципам.

Односторонние пейджинговые сети. Наибольшее распространение сейчас имеют односторонние пейджинговые сети, которые предполагают сплошное перекрытие всей зоны обслуживания. На рисунке 1.1 приведена структурная схема односторонней пейджинговой сети. Данная сеть обладает достаточно богатым набором сервисных услуг, среди которых можно выделить возможность приема сообщений на пейджер как от телефонной сети общего назначения и сетей подвижной радиосвязи, так и от модемов персональных компьютеров (ПК) и телефаксов.

Рисунок 1.1- Схема односторонней пейджинговой сети

На пейджинговый контроллер сети информация попадает через интерфейс доступа, который является системой сбора, и обработки поступающей информации ин общем случае включает в себя локальные рабочие места операторов, соединенные с коммутационным сервером сети.

Рисунок 1.2— Передача сообщений на пейджер через Internet, модем или электронной почте

В последнее время многие пейджинговые компании значительно увеличили число клиентов, предоставив им возможность передавать сообщения на пейджер не посредственно с ПК (рисунок 1.2) по электронной почте (Е-Mail), через Internet или при помощи модема (при наличии специального программного обеспечения).

В общем случае набор услуг, предоставляемых большинством пейджинговых компаний, можно представить структурной схемой, приведенной на рисунке 1.3.

Одной из главных проблем пейджинговых сетей с односторонней связью является то, что они требуют высокой степени доверия к пользователю, поскольку невозможно проверить, получено ля им сообщение, при этом необходимо, чтобы пользователь обязательно находился в зоне обслуживания пейджинговой компании.

Между тем, ценность любой коммуникационной системы неизмеримо возрастает, когда обеспечено подтверждение прохождения сообщений, даже лучшие пейджинговые компании не могут обеспечить при односторонней связи стопроцентной гарантии доставки сообщения, поскольку пользователь может время от времени оказываться вне их зоны обслуживания.

Впервые ведомственная сеть была использована в больницах для вызова медицинского персонала. Она, конечно, была не столь совершенна, как современные сети, но, имея в своем составе простые тональные пейджеры (оповещающие звуковым сигналом), обеспечивала необходимую оперативность вызова.

Рисунок 1.3 - Сервис, предлагаемый абонентам

Такие сети предназначены для организации связи внутри зданий и на прилегающих к ним территориях. Типичные области применения локальных сетей: гостиницы, больницы, аэропорты, крупные промышленные предприятия. Простой вариант комплекта оборудования локальной пейджинговой сети приведен на рисунке 1.4.

Сердцем любой локальной сети является пейджинговый терминал. Он преобразует передаваемую информацию в специальные сигналы и управляет маломощным (до 5 Вт) передатчиком (иногда терминал и передатчик объединяют в одном корпусе). В простейших пейджинговых терминалах предусмотрен ввод сообщений посредством встроенной клавиатуры. Более современные модели позволяют подключить ПК. Вся передаваемая информация должна поступать на пульт оператора пейджинговой сети.

Эффективность применения локальной пейджинговой сети будет выше, если установить на всех ПК организации специальное сетевое программное обеспечение. Это позволит пользователям ПК отправлять сообщения, не прибегая к помощи оператора пейджинговой сети. Если же это программное обеспечение использовать совместно с офисной системой электронного документирования, то получится поистине фантастическая вещь: вы всегда будете в курсе всех событий, даже если на некоторое время ушли в соседний отдел. Как правило, зона обслуживания ведомственной сети представляет собой комплекс зданий, цехов или складских помещений. Поэтому основной задачей, решаемой при конструировании ведомственной сети, является выбор частотного диапазона, излучение которого способно проникать через железобетонные конструкции промышленных предприятий. В настоящее время установлено, что в локальных сетях целесообразно использовать частоты 800 — 900 МГц и выше, поскольку волны именно этого диапазона наиболее легко распространяются среди металлических и железобетонных конструкций. данный диапазон волн обеспечивает достаточную ширину полосы канала связи, что позволяет использовать протоколы обмена информацией, имеющей большой объем.

Рисунок 1.4 — Локальная пейджинговая сеть

Многие предприятия имеют свою собственную автоматическую телефонную станцию (АТС) и телефоны с кнопочным набором номера. Если подсоединить линию АТС к пейджинговому терминалу, то все сообщения на пейджер можно отправлять минуя оператора, позвонив по специальному номеру ЛТС.

В некоторых случаях необходимо, чтобы ведомственная сеть предоставляла возможность выхода в городскую пейджинговую сеть для связи сотрудниками фирмы, которые находятся в зоне ее действия. Для этого необходимо подсоединить через модем пульт оператора пейджинговой сети к коммуникационному серверу городской пейджинговой компании.

Основное отличие городских сетей от локальных — большой радиус действия десятки километров) и большое количество абонентов (несколько тысяч). Как правило, эти сети коммерческие, хотя до такого уровня могут вырасти и ведомственные сети крупных предприятий. Обычно городские пейджинговые сети состоят из четырех основных компонентов (рисунок 1.5) системы сбора информации (пульты операторов и сервера сети), пейджингового терминала, пейджингового передатчика антенных систем и абонентского оборудования (пейджера).

Выходная мощность передатчиков таких сетей составляет 150—300 Вт. Городская пейджинговая сеть имеет в своем составе антенну с круговой диаграммой направленности, укрепляемую на высоких строениях (телевышки и т. д.). Сообщения, передаваемые на пейджер, принимаются операторами сети (по телефону, по радиотелефону, по модему), которые затем вводят их в сервер сети при помощи ПК, связанных между собой. Городская пейджинговая сеть может иметь специальные входы у приема и последующей автоматической отправки сообщений, переданных по электронной почте, через Internet или другими системами связи.

Рисунок 1.5 — Городская пейджинговая сеть

Основным элементом городской пейджинговой сети является пейджинговый терминал (рисунок 1.6). Он обеспечивает формирование модулирующего сигнала в соответствии с используемым стандартом и управление передающим устройством.

Рисунок 1.6 —Пейджинговый терминал

Пейджинговые терминалы делятся на две группы: автономные и неавтономные. Основное различие их состоит в следующем. Автономные терминалы хранят в себе базу данных по всем абонентам, Однако при увеличении количества абонентов пейджинговой сети хранить базу данных в терминале становится невозможным, В этом случае ее помещают в ПК, сопряженный с пейджинговым терминалом, который уже называют неавтономным.

Рисунок 1.7—Схема взаимного влияния сигналов радиопередатчиков

Синхронное вещание сигналов. При создании региональной пейджинговой сети используют такой же принцип построения, как и радиотелефонной сотовой сети. Сотовый принцип по строения систем связи обеспечивает высокую надежность приема сигналов на обслуживаемой территории и позволяет в дальнейшем расширять зону обслуживания за счет рационального размещения вновь вводимых передающих устройств Основной проблемой при построении сотовой (многозоновой) сети является взаимное влияние (интерференция) сигналов соседних радиопередающих устройств (рисунок 4.7) устранения этого эффекта применяется либо синхронное (Simulcast) вещание, либо временное разделение передаваемых сообщений.

В сетях синхронного вещания передатчики работают одновременно, но пейджер не замечает их взаимного влияния и принимает сигнал лишь одного определенного передатчика. Это позволяет достичь максимальной абонентской емкости в сети (примерно 20 тыс. абонентов при применении стандарта POCSAG со скоростью передачи информации 1200 бит/с). Однако платой за это является высокая цена аппаратуры и очень жесткие требования к каналам связи. Существует другой вариант построения синхронного вещания, когда управление передатчиками осуществляется на служебной (дополни тельной) частоте. Это требует дополнительного разрешения на использование служебной частоты, данный вариант значительно ограничивает дальность прямой радиовидимости, которая определяется радиусом действия центральной передающей станции, излучающей сигналы на служебной частоте. В настоящее время синхронное вещание нашло свое применение лишь в пяти крупных городах РК, поэтому оно, скорее всего, исключение, чем правило.

Временное разделение сигналов. Наиболее распространенно временное разделение сигналов передатчиков, при котором каждый передатчик работает в отведенное ему время (временное окно). Благодаря этому в зоне действия нескольких передатчиков пейджер в каждый момент времени принимает сигнал только одного из них. Это существенно смягчает требования к аппаратуре и каналам связи, но снижает максимальную абонентскую емкость системы: 10 000 абонентов при двух временных окнах и 6500абонентов при трех.

Существует третий способ разделения сигналов в региональных сетях, основанный на применении пейджинговых репиторов. В этом случае каждая базовая станция оборудуется не только передатчиком, но и приемником пейджинговых сообщений, работающими на одной частоте. Вовремя передачи сигналов соседними станциями сообщения поступают в приемник и накапливаются в специальном буфере, а в определенное время (временное окно), приписанное данной базовой станции, они передаются (рисунок 11.8). Однако применение в сети одного пейджингового репитора приводит к снижению абонентской емкости системы примерно в 2 раза.

При создании любой пейджинговой сети возникает ряд важных проблем, баз решения которых невозможно успешно эксплуатировать ее. Приведем некоторые из них:

- возможность использования одной и той же частоты в различных ячейках сот без возникновения интерференционных помех;

- размеры области, перекрываемой одной ячейкой, и зона обслуживания всей сети;

- пропускная способность и загруженность каждой отдельной ячейки;

- проницаемость передаваемых сигналов, определяющая качество пере дачи сообщений пользователям, находящимся в шахте лифта, в подвальном помещении, в движущемся автомобиле и т. д.

В 1982 г. в рамках организации Conference of European Posts and Telegraphs (CEPT) была образована рабочая группа под названием Groupe Special Mobile (GSM), главными задачами которой стали удешевление оборудования, повышение качества связи, поддержка международного роуминга и достижение совместимости с ISDN. В Европе для восходящего и нисходящего потоков соединения с мобильным терминалом используются диапазоны частот 890-915 МГц и 935-960 МГц. Доступ осуществляется по комбинированной методике TDMA/ FDMA. В частотном диапазоне шириной 25 МГц размещается 124 несущих, разделенных промежутками в 200 кГц. Разнос частот между соседними каналами связи составляет 200 кГц. Таким образом, в отведенной для приема/передачи полосе частот шириной 25 МГц размещаются 124 канала связи.

Каждая базовая станция привязана к одной или более частотам. В свою очередь передача данных выполняется с разделением по времени. Информация упаковывается в фреймы TDMA, состоящие из 8 элементов длительностью около 0,577 мс, так называемые «временные слоты». Структура данных, размещенная в рамках такого слота, называется «burst» (пакет). Одна несущая обслуживает сразу несколько логических каналов, каждому из них отводится определенное количество слотов. Каналы делятся на присвоенные, доступ к которым может иметь только один конкретный мобильный терминал, и общие, или управляющие, доступные всем устройствам в режиме ожидания. Передача данных осуществляется через Traffic Channel (TCH). Он относится к первой группе и использует в качестве минимальной структурной единицы мультифрейм длительностью 120 мс, состоящий из 26 фреймов, рисунок 1.8.

Для упрощения электроники терминалов мультифреймы восходящего и нисходящего потоков передаются последовательно и разделены во времени паузой, равной трем слотам. Это означает невозможность полнодуплексного соединения в сетях GSM. Согласно техническим спецификациям, различают следующие разновидности каналов TCH: голосовые – 14,4 кбит/с, данных – 9,6 кбит/с, 4,8 кбит/с и 2,4 кбит/с, а также СВСН - Cell Broadcast Channel. Скорости 14,4 кбит/с для данных удается достичь только за счет удаления заголовочной структуры блоков TCH и специальных алгоритмов коррекции ошибок. Так как GSM является цифровой сетью, для передачи не голосовых данных не требуется отдельного модема.

Для инициирования вызовов и прочей служебной информации предназначены управляющие каналы (Control Channels), оперирующие мультифреймами из 51 фрейма. Мобильный терминал может использовать общий канал не только в режиме ожидания, но и во время передачи данных по ТСН. Есть несколько типов таких каналов, в том числе:

- ВССН (Broadcast Control Channel) - однонаправленный канал, по которому постоянно передается информация о параметрах и конфигурации базовой станции;

- FCCH (Frequency Correction Channel) и SCH (Synchronisation Channel) используются при синхронизации терминалов с временными параметрами логических каналов;

- RACH (Random Access Channel), PCH (Paging Channel) - отвечают за инициализацию исходящих и входящих вызовов;

- AGCH (Access Grant Channel) - обслуживает процедуры присваивания канала.

Разнообразие назначений каналов вызвало появление четырех разновидностей элементарной структуры данных (burst):

- Normal (нормальная) - общей длиной 156 бит, содержит 114 бит полезных данных;

- F-burst и S-burst - с иной структурой, но той же длины, используются в каналах FCCH и SCH;

- Access burst - более короткая, предназначена для канала RACH.

При создании этого стандарта и сетей сотовой связи на его основе было принято согласованное решение о поэтапном развитии услуг, предоставляемых абонентам. Начальный этап - «Фаза 1» - фактически совпал с вводом в строй в 1991 г. первых сетей GSM. В число услуг этого этапа входят:

- переадресация вызова (Callforwarding);

- запрет вызова (Callbarring);

- ожидание вызова (Callwating);

- удержание вызова (Callholding);

- глобальный роуминг (Globalroaming).

Переадресация вызова дает возможность перевода входящих вызовов на другой телефонный номер в тех случаях, когда номер занят или абонент не отвечает, когда телефон выключен или находится вне зоны обслуживания сетей. Кроме того, возможна переадресация факсов и компьютерных данных.

Запрет вызова позволяет наложить запрет на все входящие/исходящие звонки, запрет на исходящие международные звонки, запрет на входящие звонки - за исключением внутрисетевых.

Ожидание вызова позволяет принять входящий вызов в тот момент, когда вы с кем-то разговариваете. При этом первый абонент или по-прежнему будет находиться на связи, или разговор с ним может быть завершен.

Удержание вызова - позволяет, не разрывая связь с одним абонентом, позвонить (или ответить на входящий вызов) другому абоненту.

Глобальный роуминг дает возможность при посещении любой из стран, с которой ваш оператор подписал соответствующее соглашение, пользоваться своим сотовым телефоном GSM без изменения номера.

Рисунок 1.8 – Фрейм TDMA

По мере развития технологии сотовых сетей абонентам предлагались и другие услуги. Второй этап развития GSM - «Фаза 2» - завершился в 1997 году и наряду с услугами этапа «Фаза 1» предоставил абонентам такие услуги:

- определение номера вызывающей линии (Calling Line Identification Presentation)

- антиопределитель номера (Calling Line Identification Restriction);

- групповой вызов (Mutti party);

- создание закрытой группы (Closed User Group);

- информация о стоимости разговора;

- совет по оплате (Advice of Charge);

- обслуживание дополнительной линии (Alternative Line Service);

- прием коротких текстовых сообщений (Short Message Service);

- система голосовых сообщений (Voice mail).

Определение номера вызывающей линии позволяет при входящем вызове высвечивать на экране телефона номер вызывающего абонента.

Антиопределитель номера позволяет запретить определение собственного номера при соединении с другим абонентом.

Групповой вызов позволяет организовать режим телеконференции или конференц-связи, объединяя до пяти абонентов в группу, и вести переговоры между всеми членами группы одновременно.

Создание закрытой группы (до десяти абонентов) позволяет создавать группу пользователей, члены которой могут связываться только между собой. Чаще всего к этой услуге прибегают компании, предоставляющие терминалы своим служащим для работы.

Информация о стоимости разговора основана на использовании таймера, который определяет время занятости линии, и счетчика вызовов. Благодаря этой услуге можно проверять оставшийся на счете кредит.

Совет по оплате - позволяет по требованию пользователя производить проверку стоимости и длительности разговора в то время, когда телефон находится на связи.

Обслуживание дополнительной линии дает возможность пользователю приобрести два номера, которые будут приписаны к одному телефону. В этом случае связь выполняется по двум линиям с предоставлением двух счетов, двух голосовых ящиков.

Прием коротких текстовых сообщений SMS дает возможность приема и пере­дачи сообщений до 160 знаков.

Система голосовых сообщении позволяет автоматически переводить входящие звонки на персональный автоответчик (голосовая почта). Пользоваться этим можно только в том случае, если у абонента активирована услуга «Переадресация вызова».

Следующий этап развития сетей стандарта GSM, получивший название «Фаза 2+», не связан с конкретным годом внедрения. Новые услуги и функции стандартизируются и будут внедрены сразу после подготовки и утверждения их технических описаний. Все работы по этапу «Фаза 2+» проводились Европейским институтом стандартизации электросвязи (ETSI). Количество уже внедренных и находящихся в стадии утверждения услуг превышает 50. Среди них можно выделить следующие:

- улучшенное программное обеспечение SIM - карты;

- улучшенное полноскоростное кодирование речи EFR (Enhanced Full Rate);

- возможность взаимодействия между системами стандартов GSM и DECT;

- повышение скорости передачи данных за счет пакетной передачи данных GPRS (General Packet Radio Service) или за счет системы передачи данных по коммутируемым каналам HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).

Стандарт GSM, кроме того, предоставляет своим пользователям ряд услуг, которые не реализованы (или реализованы не полностью) в других стандартах сотовой связи. К ним относятся:

- использование интеллектуальных SIM-карт для обеспечения доступа к каналу и услугам связи;

- шифрование передаваемых сообщений;

- закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;

- аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по криптографическим алгоритмам;

- использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам сигнализации;

- автоматический роуминг абонентов GSM в национальном и международном масштабах;

- межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS1800, PCS1900, DECT, а также со спутниковыми сетями персональной радиосвязи (Globalstar, Inmarsat-P, Iridium).

Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, иллюстрируются структурной схемой, рисунок 1.9, на которой:

- MSC (Mobile Switching Centre) - центр коммутации подвижной связи;

- BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции;

- ОМС (Operations and Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания;

- MS (Mobile Stations) - подвижные станции.

Рисунок 1.9 – Структурная схема сети GSM

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен ISDN коммутационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов.

Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны. MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации, передачи вызова или другие виды интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта. Соединение с телефонной сетью общего пользования осуществляется MSC по линии связи 2 Мбит/с. Все БС (базовая станция) соединены с центром коммутации по проводным или радиорелейным линиям связи ЦК (центр коммутации), подключенный к сети ТфОП (телефонная сеть общего пользования) называется головным или шлюзовым. Сети подвижной связи созданы для максимального удовлетворения на современном уровне, потребностей абонентов в услугах связи с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования ТфОП рисунок 1.10.

Рисунок 1.10 – Схема соединения БС с ТфОП

MSC формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в центр расчетов (биллинг-центр). MSC составляет также статистические данные, необходимые для контроля работы и оптимизации сети, поддерживает процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам.

MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций необходима для обеспечения доставки вызова перемещающимся подвижным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC.

Центр коммутации осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, используя регистры положения HLR (Home Location Register) и перемещения VLR (Visitor Location Register). В HLR хранится та часть информации о местоположении какой-либо подвижной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. Регистр HLR содержит международный идентификационный номер подвижного абонента (IMSI). Он используется для опознавания подвижной станции в центре аутентификации (AUC)

Практически HLR представляет собой справочную базу данных о постоянно прописанных в сети абонентах. В ней содержатся опознавательные номера и адреса, а также параметры подлинности абонентов, состав услуг связи, специальная информация о маршрутизации. Ведется регистрация данных о роуминге (блуждании) абонента, включая данные о временном идентификационном номере подвижного абонента (TMSI) и соответствующем VLR.

	IMSI – международный идентификационный номер подвижного абонента
	Номер подвижной станции в международной сети ISDN
	Категория подвижной станции
	Ключ аутентификации
	Виды обеспечения вспомогательными службами
	Индекс закрытой группы пользователей
	Код блокировки закрытой группы пользователей
	Состав основных вызовов, которые могут быть переданы
	Оповещение вызывающего абонента
	Идентификация номера вызываемого абонента
	График работы
	Оповещение вызываемого абонента
	Контроль сигнализации при соединении абонентов
	Свойства (средства) закрытой группы пользователей
	Льготы закрытой группы пользователей
	Запрещенные исходящие вызовы в закрытой группы пользователей
	Максимальной количество абонентов
	Используемые пароли
	Класс приоритетного доступа

Запрещенные входящие вызовы в закрытой группы пользователей

Дата добавления: 2014-11-08